Plato
PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of Stars) est une mission du programme européenne Cosmic Vision 2015-2025. Cette mission a pour objectif la recherche d'exoplanètes de toutes tailles par la méthode des transits, ainsi que la caractérisation de leurs étoiles hôtes par analyse sismique. Elle s'inscrit dans la lignée de plusieurs missions spatiales réalisées, en cours et futures telles que Corot (mission française, CNES 2006-2014), Kepler (mission américaine, NASA, 2009 - ), TESS (mission américaine,NASA, 2018 - ) et CHEOPS (mission européenne, ESA, 2019). PLATO sera lancé par une fusée Soyouz depuis Kourou en 2026 vers le second point de Lagrange (L2) situé à 1,5 million de kilomètres derrière la Terre, vue du Soleil. La Figure 1 montre une vue d'artiste de la mission PLATO.
Figure 1 : vue d'artiste de la mission PLATO
La Figure 2 montre une illustration de la méthode des transits.
Figure 2 : Illustration de la méthode des transits
Cette mission d'envergure est gérée par l'agence spatiale européenne (ESA). La plateforme du satellite sera fournit pas le maître d'oeuvre OHB (Allemagne) et l’instrument sera réalisé par PLATO Mission Consortium (PMC). Le PMC regroupe plus de vingt pays européens tels que l'Allemange, l'Italie, la France, la Belgique, l'Espagne, les Pays-Bas, le Portugal, la Suisse...).
Les scientifiques et ingénieurs français ont été les pionniers de la détection d'exoplanètes par la méthode des transits avec l'instrument spatial CoRoT, et ils continuent à s'impliquer avec la mission PLATO. L'une des contributions françaises à la réalisation de l’instrument consiste à participer aux activités d'intégration et de vérification des assemblages de fabrication de caméras (MAIV). L'IAS est l'un des trois sites d'essai (Test Houses).
Ce qui distingue PLATO des autres instruments spatiaux, c'est l'utilisation de plusieurs caméras identiques, chacune contribuant à la pupille et au champ de vision d'un seul instrument virtuel. Ce concept particulier permet d’atteindre simultanément une grande taille de pupille et un large champ de vision.
La charge utile de PLATO constituera un ensemble de 26 caméras, dont 24 dites "normale" et 2 dites "rapide". La Figure 3 montre une vue CAO du N-CAM et du F-CAM.
Figure 3 : Vue CAO du N-CAM et du F-CAM
Les 24 caméras normales ont une cadence de 25s pour observer les étoiles faibles inférieures à magnitude de 8. Elles sont organisées en 4 groupes de 6. Les 6 caméras de chaque groupe observent le même champ et les 4 groupes ont des lignes de visée décalées. Chaque caméra a un champ de vue circulaire de 37° de diamètre, soit 1075 deg^2, l'ensemble permet un champ de vue total de 2232 deg^ 2 instantanés. Chaque caméra est entièrement dioptrique, avec une pupille de 120 mm et une distance focale de 200 mm. Le plan focal de chaque caméra est constitué de 4 CCDs de 4510x4510 pixels de 18 µm.
Les deux caméras "rapides", ont une cadence de 2.5 s, elle seront utilisées pour le pointage de satellite et l’observation des étoiles brillantes de magnitude de 4 à 8.
Figure 4 : Schéma de l'arrangement des caméras PLATO
Pour atteindre l'objectif scientifique ultime, l'instrument PLATO présente plusieurs défis techniques. Les caméras ne doivent pas seulement satisfaire aux exigences optiques spécifiques, mais également à la stabilité thermique rigoureuse pendant l’observation. La température du télescope de la caméra doit être maintenue dans la plage de -80 ° C ± 10 ° C avec une connaissance de 0,01 ° C et les détecteurs de moins de -65 ° C.
Le test et l'étalonnage des caméras sont importants pour assurer le développement et les performances de l'instrument. Nous devons caractériser les performances thermiques et optiques de la caméra en environnement spatial avant le lancement.
Trois instituts du PMC sont en charge des tests de vide thermique (TV) et de l’étalonnage des performances des caméras PLATO: IAS, SRON (Pays-Bas) et INTA (Espagne). Nous prévoyons de tester 1 modèle d'ingénierie (EM) de caméra, 2 modèles de qualification (QM) de caméras et 26 modèles de vol de caméras. L’IAS est le seul site à tester les 2 caméras QM et toutes les caméras rapides (F-CAMs).
À l'IAS, les caméras seront testées dans le simulateur spatial Cuve Saturne, une chambre cryogénique dédiée. Il a été utilisé avec succès par le passé pour les étalonnages de l'instrument ISO-Cam (2K) et HFI / Planck (4K). La caméra sera placée dans la boîte à environnement thermique (TEB), éclairée par un faisceau collimaté (comme une étoile unique) et pivotée par un hexapode autour de sa pupille d’entrée pour simuler plusieurs étoiles (voir figure 5).
Figure 5 : Configuration de test à l'IAS
Nous allons effectuer le test de cyclage thermique, le test d'équilibre et les tests de performance, en particulier la qualité d'image optique à la température, la distorsion géométrique du plan focal et la caractérisation de la lumière.
Actuellement, notre équipe travaille sur la conception et la mise en oeuvre de l'équipement du segment sol (Ground Segment Equipment) comme GSE optique, GSE thermique, GSE sous vide, GSE mécanique et GSE électrique).
Nous prévoyons de tester la première caméra modèle d’ingénierie (EM) en avril 2020, 2 caméras de qualification (QM) en septembre 2021; et 10 caméras de modèles de vol (FM) après octobre 2022.
Contacts : Cydalise Dumesnil et Véronique Hervier, cheffes de projet caméras / PLATO
